Disipadores ADAS y TADAS en edificio irregular

285 Pages·2012·10.47 MB·Spanish

by  Martin S

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS

EFECTO DE LOS DISIPADORES METÁLICOS DE ENERGÍA TIPO
“ADAS” Y “TADAS” EN LA RESPUESTA SÍSMICA DE UN
EDIFICIO IRREGULAR

MONOGRAFÍA PRESENTADA POR
MARTIN RENÉ SOMARRIBA LÓPEZ
PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

TUTOR
MSc. ING. YADER ANDRÉS JARQUÍN MONTALVÁN

MANAGUA, NICARAGUA
MARTES 19 DE JUNIO DE 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION
CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

Managua, 9 de Abril 2012

Dr. Ing. Oscar Gutiérrez
Decano F.T.C
Su despacho

Estimado Dr. Gutiérrez

Es de mi agrado informarle que he revisado la Tesis titulada “EFECTOS DE LOS
DISIPADORES METALICOS DE ENERGIA TIPO ADAS y TADAS EN LA
RESPUESTA SISMICA DE UN EDIFICIO IRREGULAR”, desarrollado bajo mi
tutoría. Dicho trabajo fue elaborado con absoluta independencia por el Bachiller
Martin René Somarriba López, como requisito parcial para optar al grado de
Ingeniero civil.

Considero que el estudio tiene un alto contenido investigativo y se realizó
conforme a protocolo satisfaciendo plenamente los objetivos del mismo. Le
solicito sus buenos oficios para programar fechas y someter al proceso de
revisión dicha Tesis en consideración.

Sin otro particular me despido de usted, reiterándole mis más alta estima y
consideración.

Atentamente,

Ing. Yader Jarquín Montalván
Profesor Titular F.T.C

Cc. Archivo personal
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo investigativo pudo ser desarrollado gracias a la colaboración de los
profesionales siguientes:
MSc. Ing. Yader Jarquín Montalván Dr. Ing. Julio C. Miranda
Catedrático UNI – FTC Ingeniero Estructural
Representante de CSI, Nicaragua CH2M HILL, California

Ing. Roberto A. Wood Ing. Guillermo Chávez Toruño
Catedrático UNI Catedrático UNI – FTC

Ing. Gary Torres Martínez Ing. Denia Torres Villavicencio
UNI UNI

MSc. Ing. Rainer Parrales Espinoza Charles D. James
Proyecto DIPECHO VII Biblioteca de NISEE – PEER
Cruz Roja Nicaragüense Universidad de California, Berkeley

Mención especial merece el Dr. Ing. Julio Miranda por su guía incondicional y
sus observaciones tan valiosas.

i
DEDICATORIA

A mi Señor Jesucristo y a mi familia

ii
RESUMEN
Los disipadores de energía sísmica son una alternativa al diseño sismo-
resistente convencional cuya implementación permite reducir la demanda
inelástica en los elementos del sistema estructural principal.
En este trabajo, tomando en cuenta que la configuración estructural es el
parámetro más influyente en la respuesta sísmica, se analiza el comportamiento
de un edificio irregular equipado con disipadores de energía tipo ADAS y
TADAS. Para ello se construye un modelo virtual tridimensional del edificio con
el software SAP 2000 y se ejecuta el análisis tiempo-historia modal no-lineal con
el método Fast Nonlinear Analysis, simulando el terremoto de Managua de 1972.
Por último se compara los resultados del análisis de la estructura sin disipadores
y con disipadores instalados para evaluar la eficiencia de los dispositivos
seleccionados en el tipo de edificio analizado.

iii
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................................... I
DEDICATORIA ................................................................................................................................ II
RESUMEN ...................................................................................................................................... III
ÍNDICE ............................................................................................................................................ IV
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 1
OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 3
Objetivo General...................................................................................................................... 3
Objetivos Específicos .............................................................................................................. 3
JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................................. 4
ANTECEDENTES ............................................................................................................................ 6
CAPÍTULO 1 .................................................................................................................................... 8
1 INFLUENCIA DE LA CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL EN EL COMPORTAMIENTO
SÍSMICO DE LOS EDIFICIOS ........................................................................................................ 9
1.1 CARACTERÍSTICAS DE LA RESPUESTA ESTRUCTURAL ........................................... 10
1.1.1 Rigidez ...................................................................................................................... 10
1.1.2 Resistencia ............................................................................................................... 12
1.1.3 Ductilidad .................................................................................................................. 12
1.1.4 Sobre-resistencia ..................................................................................................... 13
1.1.5 Amortiguamiento ...................................................................................................... 14
1.2 LOS CINCO PRINCIPIOS BÁSICOS DE ESTRUCTURACIÓN........................................ 15
1.2.1 Simetría .................................................................................................................... 16
1.2.1.1 Simetría geométrica ............................................................................................. 16
1.2.1.2 Simetría de masas ............................................................................................... 16
1.2.1.3 Simetría de rigideces ........................................................................................... 17
1.2.1.4 Simetría en el comportamiento de los materiales ................................................ 17
1.2.2 Regularidad .............................................................................................................. 18
1.2.3 Continuidad .............................................................................................................. 18
1.2.4 Redundancia ............................................................................................................ 19
1.2.5 Ligereza .................................................................................................................... 19
1.3 CONDICIONES DE REGULARIDAD EN BASE AL REGLAMENTO NACIONAL DE
CONSTRUCCIÓN RNC-07 ........................................................................................................ 19
1.3.1 Estructura regular ..................................................................................................... 20
1.3.2 Estructura irregular ................................................................................................... 20
1.3.3 Estructura fuertemente irregular............................................................................... 20
CAPÍTULO 2 .................................................................................................................................. 21
2 SISTEMAS DE PROTECCIÓN SÍSMICA ............................................................................. 22
2.1 SISTEMAS PASIVOS ....................................................................................................... 23
2.1.1 Aisladores de base ................................................................................................... 24
3.1.1.1 Aisladores elastoméricos ..................................................................................... 25
iv
3.1.1.2 Aisladores deslizantes y de fricción ..................................................................... 27
3.1.1.3 Sistemas del tipo resorte ..................................................................................... 28
2.1.2 Disipadores de energía ............................................................................................ 28
2.1.2.1 Disipadores metálicos .......................................................................................... 30
2.1.2.2 Amortiguadores por fricción ................................................................................. 34
2.1.2.3 Amortiguadores visco-elásticos ........................................................................... 38
2.1.2.4 Amortiguadores viscosos ..................................................................................... 43
2.1.3 Sistemas sintonizados .............................................................................................. 44
2.1.3.1 Amortiguador de masa sintonizada (TMD) .......................................................... 45
2.1.3.2 Amortiguador de líquido sintonizado (TLD) ......................................................... 46
2.2 SISTEMAS ACTIVOS ....................................................................................................... 47
2.2.1 Amortiguador de masa activa (AMD) ....................................................................... 49
2.2.2 Sistema de tendón activo (ATS) y arriostramiento activo (ABS) ............................. 49
2.3 SISTEMAS SEMI-ACTIVOS ............................................................................................. 50
2.3.1 Sistema de rigidez variable (AVS) ........................................................................... 51
2.3.2 Sistema de amortiguamiento variable (AVD) ........................................................... 52
2.4 SISTEMAS HÍBRIDOS ...................................................................................................... 52
2.4.1 Amortiguador de masa sintonizada activa o híbrida (ATMD ó HMD) ...................... 53
2.4.2 Aislamiento basal activo ........................................................................................... 53
CAPÍTULO 3 .................................................................................................................................. 54
3 MODELADO MATEMÁTICO DE LOS DISIPADORES TIPO ADAS Y TADAS .................. 55
3.1 COMPORTAMIENTO Y MECANISMO DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA .......................... 55
3.1.1 Diagrama convencional de esfuerzo-deformación del acero ................................... 56
3.1.2 Diagrama real de esfuerzo-deformación unitaria ..................................................... 60
3.1.3 Respuesta ante cargas cíclicas................................................................................ 61
3.2 PARÁMETROS DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE LOS DISIPADORES ADAS Y
TADAS ....................................................................................................................................... 69
3.2.1 Dispositivo TADAS ................................................................................................... 70
3.2.1.1 Rigidez lateral elástica teórica ............................................................................. 72
3.2.1.2 Resistencia a la fluencia ...................................................................................... 74
3.2.1.3 Resistencia plástica (resistencia última) .............................................................. 74
3.2.1.4 Desplazamiento de fluencia ................................................................................. 75
3.2.1.5 Momentos de inercia (inercia rotacional de masa) .............................................. 76
3.2.2 Dispositivo ADAS ..................................................................................................... 78
3.2.2.1 Rigidez lateral elástica teórica ............................................................................. 80
3.2.2.2 Resistencia a la fluencia ...................................................................................... 82
3.2.2.3 Resistencia plástica (resistencia última) .............................................................. 83
3.2.2.4 Desplazamiento de fluencia ................................................................................. 84
3.2.2.5 Momentos de inercia (inercia rotacional de masa) .............................................. 84
3.3 MODELOS DEL COMPORTAMIENTO HISTERÉTICO ................................................... 85
3.3.1 Modelo Elastoplástico .............................................................................................. 85
3.3.2 Modelo Bilineal ......................................................................................................... 86
3.3.3 Modelo de Bouc-Wen ............................................................................................... 88
3.3.4 Modelo de Ramberg-Osgood ................................................................................... 89
3.4 PARÁMETROS DE DISEÑO ............................................................................................ 91
3.4.1 Fuerza de fluencia, V .............................................................................................. 92
y
3.4.2 Desplazamiento de fluencia del disipador, Δ ......................................................... 92
yd
v